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Effiziente Berechnung monotoner Funktionen mittels Lookup-Tabellen


Kurzfassung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode um mit digitalen Schaltungen effizient monotone Funktionen (elementare Funktionen bzw. zusammengesetzte Funktionen) mittels Lookup-Tabellen (LUTs) zu berechnen.


Hintergrund

Die exakte Auswertung mathematischer Funktionen mittels digitaler Schaltungen wird in zahlreichen Anwendung in Form von integrierten Schaltungen (ICs) wie z.B. anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) und Feldprogrammier­bare Logikbausteine (FPGAs) benötigt. Dies wird häufig durch eine Speicherung der Funktionswerte in einer Lookup-Tabelle (LUT) bzw. einem Read-Only Memory (ROM) realisiert. Der Speicherbedarf hängt hierbei exponentiell von der Eingangs­wortbreite N und linear von der Ausgangswortbreite M ab (2N × M Bit). Somit beschränkt sich die Implementierung auf kleine Eingangswortbreiten.

In vielen Anwendungen sind jedoch größere Eingangs- als Ausgangswortbreiten notwendig. Beispiele sind die Direkte Digitale Frequenzsynthese (typ. N=32..48, M=8..12), Tone-Mapping Verfahren beim High Dynamic Range Imaging (typ. N=16..19, M=8) sowie Zufallszahlengeneratoren für beliebige Verteilungen (typ. N=50, M<<N). Für diese müssen im Moment andere Methoden (näherungsweise Auswertung, Fehlerkompensationsschaltungen) verwendet werden, welche durch diese Erfindung unnötig würden.


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Lösung

Mit der vorliegenden Erfindung beträgt der Speicherbedarf 2M × N Bit. Somit können Funktionen mit großer Eingangswortbreite gegenüber der Ausgangswortbreite sehr viel effizienter realisiert werden. Dies wird erreicht, in dem die Werte der Umkehr­funktion gespeichert werden. Durch den Einsatz zusätzlicher Vergleichsoperationen wird in jeder Stufe ein Ausgangsbit bestimmt, welches die LUT für das nächste Ausgangsbit adressiert.


Vorteile

  • Weniger Speicherbedarf und dadurch kompaktere Schaltung bei hohen Eingangswortbreiten.
  • Für viele Anwendung keine Näherung oder Kompensationsschaltungen notwendig.

Anwendungsbereiche

Chip-Hersteller und -Anwender


GINo Gesellschaft für Innovation Nordhessen mbH

Ute Emde
0561/804-1985
emde@gino-innovativ.de
www.gino-innovativ.de
Adresse
Universitätsplatz 12
34127 Kassel



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • DE 10 2017 118 209.8 anhängig
  • PCT anhängig

Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr